Кофе. Его назначение

     Прежде всего тщательно обжариваются зерна, при режимах, обеспечивающих максимальное накопление водорастворимых  экстрактивных веществ. Это достигается  при условии полного разрушения клеток и тканей зерен кофе и минимального сгорания органических веществ.              Оптимальным режимом обжаривания являются температура 200-210 ⁰С и продолжительность 13-16 мин. при более длительном обжаривании вместо продукта с хорошим ароматом и интенсивным настоем получается кофе с низким содержанием экстрактивных веществ и высокой потерей массы

( Шепелев, А. Ф «Товароведение  и экспертиза вкусовых и алкогольных  товаров»: учебное пособие).

     Кофе обжаривают в аппаратах  различных конструкций. Зерна засыпают в барабан при достижении в  нем температуры 185-225 ⁰С. В конце обжаривания в барабан подают воду для более быстрого охлаждения кофе и уменьшения образования мелкой фракции при последующем измельчении.      Для сохранения аромата обжаренный кофе выдерживают в барабане с выключенными горелками. 

    Обжаренные полуфабрикаты охлаждают  до температуры 35-40 градусов С потоком холодного  воздуха при перемешивании в  охладительной чаше. Затем пневмотранспортом подают в бункер с попутным аспирационным отделением камней в камнеотборнике, взвешивают на весах и по пневмопроводу направляют через циклон-загрузитель в бункер. При достижении необходимой степени обжарки зерна из бункеров поступают в гранулятор на измельчение. Измельченный кофе транспортируют в подвесной промежуточный бункер-весы и оттуда порциями загружают в экстракторы, где из порошка кофе извлекают растворимые компоненты. Для этого за основу берут процесс, аналогичный процессу приготовления кофе в домашних условиях, т.е. кофе заливается горячей водой. Последний этап приготовления растворимого кофе - извлечение кофейного концентрата. Для этого существует два способа: метод выпаривания и криогенный.

   Выпаривание экстракта кофе. В этом случае экстракт кофе извлекается в стальной многосекционной башне под потоком горячего воздуха. При этом вода испаряется, а жидкий кофе превращается в порошок и охлаждается. В нижней секции башни остается готовый растворимый кофе.

   Замораживание  экстракта  кофе (криогенный метод). Жидкий экстракт кофе быстро замораживается при температуре около – 40 ⁰С. Подаваемый на поверхность металлической чаши или металлического барабана экстракт превращается в ледяной слой, отделяется и крошится. Затем лед засыпается в чаши и вводится в камеру сушки. Здесь кристаллы льда исчезают: лед испаряется без перехода в жидкое состояние. Весь процесс происходит в вакууме и с соблюдением специальной процедуры нагрева, режимы которого поддерживаются автоматически и с высочайшей точностью.

    В последнее время появились новые методы производства растворимого кофе.

    Еще в 1943 году фирмой «Нестле» (Швейцария) был запатентован способ проведения гидролиза при экстрагировании кофе в условиях высоких температуры (160-175 °С) и давления с выходом растворимых веществ до 27% (Источник http://www.coffeeclub.ru/pages/inst_present.php).

    В Германии  разработан способ сохранения аромата кофе, предусматривающий предварительное экстрагирование ароматических веществ обжаренного измельченного кофе с помощью СО₂. Затем сырье экстрагируют водой, смешивают с водным экстрактом ароматических веществ и сушат смесь методом сублимации.

    Для стабилизации  процесса экстрагирования  кофе и качества получаемого кофейного  экстракта в США предложено заполнять  инертным материалом незаполненные  пространства экстракционной батареи (примерно до 35%) после загрузки в нее обжаренного измельченного кофе.

   При непрерывной обработке в  противотоке молотого обжаренного кофе для производства быстрорастворимого напитка осуществляют подачу воды в нижнюю часть емкости для обработки и молотого обжаренного кофе. При этом происходит образование слоя частиц кофе, взвешенного в жидкости. Изменение направления вращения слоя частиц кофе обеспечивает удаление газов, адсорбированных на их поверхности, и образование динамических вертикальных каналов через слой частиц для прохождения газов. Высоту слоя кофе регулируют путем непрерывного удаления определенного количества частиц кофе из нижней части слоя. Жидкость, вытекающую через верхний край емкости, собирают.

      Разработан способ получения концентрата кофе при невысокой температуре без тепловой пастеризации, хранящегося при температуре 20 ⁰С. Для этого молотые обжаренные зерна кофе загружают в емкость и добавляют воду температурой 23,9-32,2 °С в количестве 3,74-4,9 кг на 1 кг кофе в зависимости от его сорта и степени помола. Периодически перемешивают массу через заданные интервалы времени для обеспечения Контакта молотого кофе с водой в течение 24-48 ч. Температуру смеси поддерживают в пределах 23-32,2 ⁰С. Далее концентрат удаляют из емкости и пропускают через поперечно-поточное фильтрующее устройство с отверстиями диаметром 0,2 мкм для отделения клеток бактерий и получения стерильного концентрата. Концентрат разливают в емкости на линии асептического розлива при вытеснении кислорода из емкостей газообразным азотом. Укупорка емкостей с продуктом — завершающий этап.

     Известен способ производства консервированного кофейного напитка  с хорошим цветом и сохраняющим  аромат свежезаваренного напитка. Вначале  проводят экстрагирование зерен  кофе горячей водой. Горячий экстракт быстро охлаждают до температуры 10-20 ⁰С. В экстракт добавляют 0,1-0,01% антиоксиданта из группы эриторбовой и аскорбиновой кислот и их водорастворимых солей. Холодный экстракт разливают в жестяные банки, смешанным газом производят вытеснение воздуха верхнего свободного пространства банки. Наполненные банки герметично закатывают и стерилизуют.

      Довольно широко распространен  процесс обезвоживания экстракта кофе замораживанием с последующей сушкой под давлением в 2-4 раза выше, чем при обычной сублимационной сушке. Экстракт кофе (35-45% сухих веществ) взбалтывают до пены (450-750 г/л), замораживают в виде кусочков (диаметр 4-7 мм, высота 2,5-3,5 мм) на ленточном устройстве и подвергают сушке под давлением 0,8-1,5 кПа. Получают гранулы кофе, насыпная масса которого 150-300 г/л ( Локтев А.В. «Товароведение и экспертиза вкусовых товаров» : курс лекций / А.В. Локтев. — Минск: БГЭУ).

      Способ получения растворимого кофепродукта, который характеризуется невысокой насыпной плотностью, повышенной прочностью частиц и улучшенной растворимостью по сравнению с кофепродуктом сублимационной сушки, предусматривает следующее. Готовят термопластичный расплав из смеси, содержащей 85-97% сухих растворимых веществ-кофе, 3-15% воды и ароматических летучих веществ кофе. Из расплава формируют отвержденную продолговатую листовую структуру и вводят в нелетучие ароматические соединения кофе. Увеличение объема отвержденной структуры регулируют. Сушку пористой основы ведут до содержания влаги менее 7%. После гранулирования получают частицы размерами 360-420 мкм.

   Для изготовления  порошка  кофе распылительной сушкой предложено впрыскивать кофейный концентрат в сушильную камеру под давлением 0,29-0,58 МПа. В зависимости от величины давления получается порошок различной величины. Концентрат кофе перед впрыскиванием насосом подают в смесительную камеру, где к нему подмешивают пенообразователь. Затем эта смесь с потоком распыляющего газа впрыскивается в сушильную камеру. Давление в камере должно быть значительно меньше, чем давление распыляющего газа. Горячий воздух подают в сушильную камеру снизу. Отработанный воздух уходит из камеры через фильтры верхней части камеры, а сухой порошок кофе постепенно выгружается через наклонное трубчатое устройство в нижней части сушилки с противоположной подаче концентрата стороны. Величина частиц готового порошка кофе 250-500 мкм, масса 1 л порошка до 180 г.

    Производство растворимого гранулированного кофе предусматривает разделение замороженного кофейного экстракта после сублимационной сушит на фракцию крупных частиц с размерами более 1,1 мм, мелких с размерами менее 0,87 мм и фракцию частиц среднего размера. Далее среднюю фракцию разделяют на основную и побочную части и соединяют первую с фракцией мелких частиц. Объединенную фракцию подвергают паровой обработке, при которой частицы темнеют; сушат и соединяют с сублимированными частицами побочной части средней фракции.

     Кофейный экстракт можно  получить с помощью центрифуги с  боковыми отверстиями, в камеру которой  подают кипяченую воду температурой 90-100 °С. Экстракцию проводят по ступенчатому режиму: первый период — при частоте вращения центрифуги 3-6 с^-1; выдержка без вращения в течение 30 — 60 с; окончательная экстракция при вращении.

Рассмотрим еще один процесс получения быстрорастворимого кофе. Он состоит из двух основных операций: получения концентрата и обезвоживания концентрированного экстракта. Водный экстракт примерно 25%-ной концентрации получают в условиях, обеспечивающих сохранение летучих компонентов кофе. На второй стадии экстракт обезвоживают до влажности 2-5%. Обезвоживание проводят обычно в распылительных сушилках типа Niro или установках сублимационной сушки типа Atlas. Распылительная сушка дешевле и производительнее, но сублимационная обеспечивает более высокое качество продукта, так как обезвоживание экстракта проходит в более мягких условиях. Порошок может быть дополнительно агломерирован или гранулирован для удобства дозирования при потреблении.

      1.3 Химический состав, энергетическая, пищевая и биологическая ценность  кофе

     Кофе имеет сложный  химический состав. Он содержит примерно две тысячи химических веществ, которые  в совокупности определяют его отличительный  аромат и вкус.

    Сырое кофейное  зерно содержит жиры, белки, воду, минеральные соли, микотоксины, различные водорастворимые и нерастворимые вещества. Обжаренные кофейные зерна теряют большую часть воды (ее содержание уменьшается с 11% до 3%), а их химический состав изменяется в зависимости от степени и продолжительности обжарки. Он представляет собой широкий диапазон компонентов.

    Содержание влаги в сыром  кофе играет важную роль при его  экспорте и импорте, т.к. все расчеты  производятся на основе показателя влажности.  Сырые зерна кофе относятся к  группе продуктов, обладающих капилярно-пористой коллоидной структурой. Содержание воды в сырых зернах кофе по норме, принятой Международной организацией кофе должно составлять 12±1 %. Но в зависимости от условий хранения и транспортирования влажность сырого кофе колеблется в пределах 9-14%.

   Содержание водорастворимых экстрактивных веществ в различных видах и сортах сырого кофе неодинаково и составляет примерно 20-29%. Наименьшее количество (19-20%) содержится в высших сортах кофе вида Арабика. Иногда в некоторых сортах того и другого вида содержание экстрактивных веществ выходит за эти пределы. Чаще всего это связано с погодными условиями и способами первичной переработки зерен.

     В сыром кофейном зерне содержится 32-36% экстрактивных веществ от общего количества сухих веществ, которые стабильно сохраняются в течение 7 лет и более. В состав экстрактивных веществ сырого кофе входят алкалоиды, белки, фенольные соединения, моно- и дисахариды, липиды, органические кислоты, аминокислоты, минеральные элементы и некоторые другие вещества, содержащиеся в небольших количествах. При употреблении кофе наибольшее влияние на организм человека оказывает алкалоид кофеина (C₈H₁₀N₄O₂) или 1,3,7-триметилксантин, являющийся производным пуриновых оснований. Благодаря содержанию кофеина кофе оказывает благоприятное физиологическое воздействие на организм, повышает общий тонус и работоспособность человека. Кофеин входит в состав многих лекарственных препаратов, выпускаемых фармацевтической промышленностью. Однако повышенное поступление кофеина в организм оказывает на него угнетающее воздействие. При некоторых заболеваниях высококофеиновый кофе противопоказан.

    Содержание  в кофе кофеина в значительной  степени определяет его потребительские  свойства и рыночные сегменты  в товарной группе.

    В процессе  хранения кофе содержание кофеина  в зернах не изменяется. Из алкалоидов, помимо кофеина в зернах сырого кофе находится 0,24 – 1,2% тригонеллина (C₇H₇NO₂ метилбетаин никотиновая кислота), не обладающего физиологической активностью. При обжаривании он распадается с образованием пиридина, участвующего в формировании вкусовых свойств готового кофе. Помимо этого, в кофе присутствуют теобромин – 1,85 мг % и тофилин – 0,62 мг %.

    Наличие белковых  веществ специфично для ботанических видов и отдельных  сортов кофе. Их содержание может колебаться от 9 до 19,2%. В сыром кофе трех основных разновидностей: Арабика, Робуста и Либерика, белковые вещества содержатся почти в одинаковом количестве (аминный азот 1,55-1,63%, общее содержание белка 9,69-10,19%).

    Ф. Г. Нахмедов  исследовал аминокислотный состав  сырого кофе с помощью жидкостной ионообменной хроматографии. Согласно его данным, в кофе обнаружено 18 аминокислот (свободных и связанных в белках, в числе которых все незаменимые).

    В целом  установлено, что состав аминокислот  кофе вида Арабика, Канифора  и Либерика практически одинаков, а их содержание заметно различается между собой, что объясняется условиями произрастания (Герасимова, В.А. Товароведение и экспертиза вкусовых товаров).

    В составе азотистых  веществ в кофе обнаружено 20 свободных  аминокислот, количество которых при  хранении кофе практически не меняется. Установлено, что кофе высшего сорта отличается более высоким содержанием аминокислот (до 923 мг %) по сравнению с кофе первого и второго сортов (до 480 мг %).

     Содержание жира в  кофейных зернах подвержено существенным межвидовым и внутривидовым колебаниям (9,4 – 18%). Самое низкое содержание жира у индийских сортов кофе. Отличительной особенностью кофейного масла является высокое содержание детерпеновых эфиров. В кофейном масле на долю жирных ненасыщенных кислот приходится более половины – 51-57% от содержания жира, в их числе преобладают линолевая кислота 37-45%. Количественный состав жирных кислот в кофейном масле из зерен кофе разных видов и разновидностей идентичен. При хранении кофе незначительно возрастают кислотное число и перекисное число жира, что свидетельствует о замедленном протекании гидролитических и окислительных процессов в кофейных зернах.

    На вкусовые свойства кофе существенное влияние оказывают  углеводы (сахароза 4-12%, моносахариды 0,2-0,65%, клетчатка 32,5-33,5%, пентозаны 5-7%). Они  являются предшественниками вкусовых и ароматических веществ обжаренного кофе. Содержание сахаров в процессе хранения кофе снижается незначительно, наибольшее их количество содержится в кофе Арабика.